11. Charakterystyki turbiny wiatrowej. Zasada sterowania

11. Charakterystyki turbiny wiatrowej. Zasada sterowania MPPT.
11.1. Charakterystyki turbiny wiatrowej
Na podstawie charakterystyk dla różnych prędkości wiatru jesteśmy wstanie wyznaczyd krzywą maksimum mocy.
Rys. 11.1. Na rysunku przedstawiono uzyskane charakterystyki turbiny wiatrowej, czyli wartośd mocy Pw w funkcji
prędkości kątowej w dla różnych prędkości wiatru Vw
Rys. 11.2. Krzywa mocy i jej 4 obszary
Rys. 11.3. Krzywa mocy i jej obszary
Krzywą mocy należy podzielid na 4 obszary (patrz rys. 11.2 oraz 11.3.). Gdzie (1) opisuje start turbiny, a (2) określa
moc optymalną i w tym zakresie należy utrzymywad pracę turbiny, pozostałe stany (3,4) są ograniczeniami powyżej
których może dojśd do uszkodzenia wirnika.
11.2. Zasada sterowania MPPT
MPPT (czyli Maximum Power Point Tracking) jest to elektroniczny system, który obsługuje moduły fotowoltaiczne
(PV) w taki sposób, aby produkowały maksymalną ilośd mocy. MPPT nie jest mechanicznym systemem śledzenia,
który „fizycznie porusza” moduły w stronę słooca. Jest to w pełni elektroniczny system, który zmienia punkt pracy
modułów tak, że są w stanie dostarczyd maksymalną dostępną moc.
Aby zrozumied, jak działa MPPT,
rozważmy
najpierw
działanie
konwencjonalnej regulacji ładowania.
Kiedy
zwykły
kontroler
ładuje
rozładowany akumulator, podłącza
moduły bezpośrednio do akumulatora.
Zmusza to moduły do pracy na napięciu
baterii, które zazwyczaj nie jest
idealnym napięciem pracy, w którym
moduły są w stanie wygenerowad
maksymalną dostępną moc. Wykres na
rysunku 11.4. pokazuje tradycyjną
krzywą Prądu/Napięcia dla typowego
modułu 75W w standardowych
warunkach testu 25 °C temperatury
komórki i 1000W/m2 nasłonecznienia.
Rys. 11.4. Wykres pokazujący działanie algorytmu MPPT
Na pokazanym przykładzie, konwencjonalny kontroler po prostu został podłączony do baterii i tym samym
zmusza moduł do pracy przy 12V. Przez zmuszanie modułu 75W do pracy przy 12V konwencjonalny
kontroler ustala limit produkcji energii elektrycznej do około 53W. Patrz rys. 11.4.
Jednym z często używanych algorytmów poszukiwania maksymalnego punktu pracy (MPP) jest
wykorzystywany przy poszukiwaniu optymalnego napięcia: algorytm Perturb and Observe (PO). Algorytm
ten polega na niewielkim okresowym podwyższaniu lub obniżania napięcia, a następnie porównywaniu
mocy oddawanej w danej chwili i mocy oddawanej przed zmianą napięcia. Na podstawie porównania mocy
wyznacza się kolejną wartośd przyrostu napięcia oraz jego znak. Do zalet tej metody poszukiwania punktu
maksymalnej mocy należy zaliczyd brak przerw w oddawaniu mocy oraz wysoką skutecznośd przy dużych
wartościach nasłonecznienia. Główne wady to ciągłe oscylacje wokół optymalnego punktu pracy i brak
możliwości odnalezienia wszystkich ekstremów lokalnych, gdy ogniwo jest częściowo przesłonięte.
Sterowanie MPPT ma na celu optymalizację sterowania ogniwami słonecznymi.
Wymagania stawiane metodą MPPT:






stabilnośd
szybka odpowiedź dynamiczna
mały błąd w stanie ustalonym
odpornośd na zakłócenia
wysoka sprawnośd
niskie koszty sterowania
Źródła:
 Blue Sky Energy - What is Maximum Power Point Tracking (MPPT) and How Does it Work? – artykuł ENG
 Opracowanie z forum (Artura Gubały)
 Materiały z laborek (w materiałach)